UPS系統(tǒng)在輸油氣站場(chǎng)的應(yīng)用及其故障處理

摘 要：UPS是一個(gè)重要的電源裝置，對(duì)供電的可靠性、連續(xù)性及穩(wěn)定性起著舉足輕重的作用。文章在對(duì)雙蘭線站場(chǎng)UPS系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了UPS的常見(jiàn)故障、處理方法及日常維護(hù)保養(yǎng)措施。

關(guān)鍵詞：雙蘭線；UPS；電容板；故障；預(yù)防

1 概述

UPS的中文意思為“不間斷電源”，是英語(yǔ)“Uninterruptible Power Supply”的縮寫(xiě)，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化生產(chǎn)或其他電力電子等設(shè)備提供不間斷電力供應(yīng)。

西部管道公司雙蘭線各站站內(nèi)變電站的供電方式為：從電網(wǎng)引入雙回路電源進(jìn)線加備自投。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)或臨時(shí)斷電時(shí)，這種供電系統(tǒng)不能滿足站場(chǎng)一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷對(duì)供電可靠性及連續(xù)性的要求。因此必須設(shè)置UPS作為應(yīng)急電源。根據(jù)站場(chǎng)用電設(shè)備對(duì)供電可靠性、連續(xù)性、穩(wěn)定性和電源諸質(zhì)量參數(shù)的要求，雙蘭線各站場(chǎng)的UPS均采用并聯(lián)冗余式不間斷電源系統(tǒng)。

2 雙蘭線UPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

2.1 UPS主機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙蘭線UPS選用法國(guó)SOCOMEC的DSP全數(shù)字控制機(jī)型。該機(jī)型采用高頻逆變技術(shù)與高效功率器件DIGBT結(jié)合，以及DSP全數(shù)字高速處理芯片的控制技術(shù)，UPS主機(jī)多臺(tái)冗余并聯(lián)，增強(qiáng)了供電系統(tǒng)的可靠性，更具有較強(qiáng)的增容性。同時(shí)，UPS系統(tǒng)采用直接并聯(lián)冗余的工作方式，雙冗余控制回路向兩臺(tái)UPS平均分配負(fù)荷。每臺(tái)均有單獨(dú)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)和旁路，旁路的額定容量與整流逆變回路一致，其電源接于同一母線。

2.2 蓄電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙蘭線UPS系統(tǒng)配套了德國(guó)HOPPECKE（荷貝克）12V閥控密封鉛酸蓄電池，其壽命為在環(huán)境溫度20℃（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）下使用8～10年。HOPPECKE蓄電池采用的是內(nèi)部復(fù)合機(jī)理，在整個(gè)使用壽命周期中無(wú)需加水和維護(hù)，凝固在膠體中的電解液可以保證各項(xiàng)應(yīng)用指標(biāo)的可靠性。

2.3 冗余并聯(lián)式UPS工作原理

如上圖1所示，兩臺(tái)完全獨(dú)立的UPS輸出側(cè)并列運(yùn)行，為同一負(fù)荷供電。雙冗余控制回路向兩臺(tái)UPS平均分配負(fù)荷。該UPS采用ACS同步跟蹤系統(tǒng)，實(shí)時(shí)跟蹤旁路電源相位、頻率，保持同步，確保并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性。每臺(tái)UPS各帶50%的負(fù)載，當(dāng)一臺(tái)UPS的逆變器回路故障或斷開(kāi)時(shí)，全部負(fù)荷切換到另一臺(tái)UPS的逆變器回路；當(dāng)?shù)诙_(tái)UPS的逆變器回路又發(fā)生故障或斷開(kāi)時(shí)，負(fù)荷將切換到旁路上。

開(kāi)關(guān)作用——輸入開(kāi)關(guān)Q2：輸入開(kāi)關(guān)提供對(duì)UPS的主要電源。在正常操作條件下它應(yīng)該是在位置1“ON”，位置0“OFF”將導(dǎo)致電池放電。在雙路市電的配置下，開(kāi)關(guān)只中斷整流器電源。輸出開(kāi)關(guān)Q6：位置0“OFF”，在任何一種操作模式下，它能通過(guò)取消來(lái)自應(yīng)用的電壓，完全隔絕UPS的輸出。它被用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)緊急停工的操作（內(nèi)部E.S.D.）；位置1該位置為UPS的正常運(yùn)行，對(duì)負(fù)載連續(xù)供電；位置2“MANUALBYPASS”“手動(dòng)旁路”，負(fù)載被直接地連接到市電供電。

3 故障實(shí)例及總結(jié)

3.1 實(shí)例1

2010年4月，雙蘭線某輸油站2#UPS運(yùn)行過(guò)程中突然出現(xiàn)A20（配置錯(cuò)誤）、A33（模塊2普通報(bào)警）、A43（模塊2普通報(bào)警）故障告警，且伴有蜂鳴器報(bào)警聲，同時(shí)2#UPS自動(dòng)切掉自身所帶負(fù)荷，并退出運(yùn)行，所有負(fù)荷由1#UPS供電。經(jīng)過(guò)停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)故障原因?yàn)?#UPS內(nèi)部電容板、IGBT板、IGBT驅(qū)動(dòng)板（見(jiàn)下圖2）及兩個(gè)保險(xiǎn)損壞，均處于停用狀態(tài)。電力運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)更換相應(yīng)設(shè)備元件后，經(jīng)調(diào)試檢查后，2#UPS順利恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 實(shí)例2

2013年6月28日，雙蘭線某輸油氣站場(chǎng)因外部電網(wǎng)故障，造成站內(nèi)電源陽(yáng)安二回三相電壓波動(dòng)較大，導(dǎo)致1#UPS濾波模塊電容板上電容爆裂（見(jiàn)上圖3），1#UPS停機(jī)。同時(shí)電壓波動(dòng)引起的過(guò)壓導(dǎo)致2#UPS閃斷，UPS系統(tǒng)主路進(jìn)線空開(kāi)和旁路進(jìn)線空開(kāi)跳閘，原油成品油PLC控制機(jī)柜失電，導(dǎo)致站控SCADA系統(tǒng)和北調(diào)均無(wú)法監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，成品油4#泵因變頻器保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。在更換電容板備件后，1#UPS重新上電運(yùn)行正常。

3.3 常見(jiàn)故障總結(jié)

4 維護(hù)保養(yǎng)措施

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)得出，做好UPS電源的日常維護(hù)以及在UPS電源發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)、正確判斷并排除故障，對(duì)保障整個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著很大的作用。除了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)UPS電源的故障隱患外，在降低其故障率，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性方面也有很大的幫助。

4.1 保持適宜的環(huán)境溫度。影響蓄電池壽命的重要因素是環(huán)境溫度，據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，環(huán)境溫度一旦超過(guò)25℃，每升高10℃，電池的壽命就要縮短一半，一般電池生產(chǎn)廠家要求的最佳環(huán)境溫度是在20-25℃之間。

4.2 定期充電放電。UPS因長(zhǎng)期與市電相連，在供電質(zhì)量高、很少發(fā)生市電停電的使用環(huán)境中，蓄電池會(huì)長(zhǎng)期處于浮充電狀態(tài)，日久就會(huì)導(dǎo)致電池化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命。因此，一般每隔2-3個(gè)月應(yīng)完全放電一次，放電時(shí)間可根據(jù)蓄電池的容量和負(fù)載大小確定。一次全負(fù)荷放電完畢后，按規(guī)定再充電8小時(shí)以上。

4.3 及時(shí)更換廢/壞電池。在UPS連續(xù)不斷的運(yùn)行使用中，因性能和質(zhì)量上的差別，個(gè)別電池性能下降、儲(chǔ)電容量達(dá)不到要求而損壞是難免的。當(dāng)電池組中某個(gè)/些電池出現(xiàn)損壞時(shí)，維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)每只電池進(jìn)行檢查測(cè)試，排除損壞的電池。

4.4 對(duì)有固定使用年限的配件，做好配件運(yùn)行時(shí)間記錄，并及時(shí)聯(lián)系相關(guān)人員進(jìn)行提前更換。

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